熱傳導(dǎo)增強(qiáng)型C-C復(fù)合材料導(dǎo)熱性能及其模擬.pdf

1、C/C復(fù)合材料被廣泛應(yīng)用于許多超高溫及溫度劇烈變化的極端環(huán)境，并且需要將所產(chǎn)生的熱量迅速傳遞出去，避免系統(tǒng)產(chǎn)生的過(guò)量熱量對(duì)相鄰部件的損傷。要求C/C復(fù)合材料不僅具有較高的熱導(dǎo)率，而且還需將傳輸熱量的方向也加以控制。本文在進(jìn)行大量實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，深入、系統(tǒng)地研究了提高單向C/C復(fù)合材料熱導(dǎo)率的方法，為C/C復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的研究提供一定的依據(jù)。
　　 本文通過(guò)Hummers法制備出氧化石墨烯，經(jīng)熱處理后獲得氧化石墨熱處理物，在透

2、射電子顯微鏡下觀察了石墨烯及其熱處理物的形貌特征，獲得了具有典型褶皺結(jié)構(gòu)的氧化石墨烯片層，最大的片層可達(dá)幾十微米。成功的將氧化石墨烯及其熱處理物引入了單向C/C復(fù)合材料中，采用場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡觀察到氧化石墨烯及熱處理物片層覆蓋在炭纖維表面，顯示出其獨(dú)特的石墨烯褶皺。
　　 利用單向C/C復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，探討了不同種類炭纖維(PAN基炭纖維、中間相瀝青基XN60和P25炭纖維)、不同基體炭(中間相瀝青、中溫瀝青)、熱疏導(dǎo)功能體(

3、石墨、氧化石墨烯)以及制備工藝過(guò)程(模壓、炭化、石墨化)對(duì)單向C/C復(fù)合材料導(dǎo)熱性能及取向性能的影響。獲得了熱導(dǎo)率高達(dá)510.89W/m.K的XN60炭纖維樣品，發(fā)現(xiàn)作為單向?qū)岵牧?，中間相瀝青比中溫瀝青具有更優(yōu)越的熱物理性能。添加了熱疏導(dǎo)功能體氧化石墨烯熱處理物的炭化樣品，有效地將材料的熱導(dǎo)率較未添加的樣品提高約一倍。隨著熱處理工藝階段的進(jìn)行，材料的微晶尺寸在增大，整體取向性較大提高的同時(shí)，熱導(dǎo)率也逐漸增大。石墨材料的導(dǎo)熱性能與取向性

4、能是相互聯(lián)系的。
　　 結(jié)合實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)，利用已知的材料物性參數(shù)進(jìn)行數(shù)學(xué)模擬，采用了6ambit前處理軟件來(lái)建立模型及生成網(wǎng)格，由Fluent求解，TecPlot軟件進(jìn)行后處理，考察了當(dāng)材料分別為各向同性和各向異性時(shí)，在理想狀態(tài)下材料的熱導(dǎo)率。在平行方向上，實(shí)際測(cè)量的單向C/C復(fù)合材料熱導(dǎo)率值，介于假定石墨熱導(dǎo)率為300W/m.K、400W/m.K時(shí)的模擬計(jì)算結(jié)果，高于當(dāng)石墨導(dǎo)熱為各向同性時(shí)129 W/m.K的熱導(dǎo)率值，證明了所